Тестове 

Земното магнитно поле работи. Какво е магнитното поле на Земята? Магнитно поле: интересен факт

Библиографско описание:Коробко П.И., Фролова В.М., Лобанов И.А., Титова Н.А., Паншина С.Г., Паншин Е.А. магнитно полеЗеми в решаването на проблемите на районите на Далечния север // Млад учен. - 2016. - бр.5. - С. 62-68..06.2019 г.).





За повечето територии на Далечния север, единственият възможен начинтранспортната комуникация е самолет. През летния навигационен сезон морският трафик се използва само за доставка на товари. Съобщението на пътника липсва поради голяма дължинаморски пътища. По принцип няма железопътна и автомобилна комуникация с "континента".

Енергията е друг много остър проблем в районите на Далечния север. Ако в други по-топли райони на страната енергийните проблеми се решават успешно чрез експлоатацията на водноелектрически централи, то в районите, съседни на северното крайбрежие арктически океанТози вариант губи своите предимства (поради замръзване на реките през зимата), а на места е неосъществим поради твърде малката височинска разлика (необходима за работата на водноелектрическата централа).

Изграждане на електроцентрали на изкопаеми горива в полярен климат и вечна замръзванеикономически необосновани, периодът на изплащане е твърде дълъг, освен това нефтените и газовите находища могат да бъдат разположени на значително разстояние от местата, където се изисква електричество. По този начин горивото се транспортира до много крайбрежни райони по море.

Очевидно зависимостта на региона от периодични доставки на гориво и нередовен пътнически и товарен трафик не може да позволи на регионите да се развиват в пълна сила... В рамките на тази статия се предлага техническо решение за транспортни връзки между селищаСалехард - Анадир, както и начини за получаване на енергия директно в нуждаещите се региони, което ще отвори нови перспективи за развитието на съоръжения, разположени в Далечния север.

Характеристиките, на които трябва да отговаря разработеното превозно средство:

- използването на възобновяеми, безопасни, екологично чисти и потенциални енергийни източници. В този случай трябва да се даде предпочитание на по-скъп, но работещ на базата на възобновяеми ресурси и екологично чист източник на енергия;

- употреба най-новите технологиии иновативни решения.

За да реализираме този проект, ние извършихме следните проучвания:

- анализ на географските и климатичните особености на териториите, по които трябва да се движи маршрутът "Анадир - Салехард";

- анализ на използвания транспорт на територията на предлагания маршрут;

- търсене на възможни възобновяеми енергийни източници.

Преди да пристъпим към разработването на техническо решение за транспортна комуникация между населените места Салехард - Анадир, ние анализирахме географските и климатичните особености на териториите, по които трябва да се движи маршрутът Анадир - Салехард. Накратко можем да кажем, че градовете Анадир и Салехард са разположени приблизително на едно и също географска ширина... Вероятният маршрут минава през полярната зона със субарктичен климат. Тази територия е включена в зоната на аврора бореалис. Малък приток на слънчева радиация, равнинен релеф, отворен за нахлуване на въздушни маси от Арктика в лятно времеи преохладените континентални маси през зимата, определят рязката континенталност и суровостта на климата.

Вечна замръзналост, изобилие от блата, езера и реки. Дългата зима, кратко хладно лято, силни ветрове, незначителна дебелина на снежната покривка - всичко това допринася за замръзване на почвата до голяма дълбочина.

Анализът на транспорта, използван на територията на предложеното трасе, показа, че поради нестабилно време, което е склонно към дъжд, снеговалеж и силни ветрове, полетите на самолетите могат да бъдат забавени или напълно отменени. През пролетта и есента на определени интервали самолетите изобщо не летят. Съществуващият морски трафик през летния навигационен сезон се използва само за доставка на товари. Няма пътникопоток поради голямата дължина на морските пътища. По принцип няма железопътна и автомобилна комуникация с "континента".

Нашата група анализира най-новите постижения в науката и технологиите в областта на транспорта и използването на нови видове енергия, които могат да бъдат използвани за реализиране на проекта.

Съвсем наскоро, в края на миналия век (1986 г.), новият видсвръхпроводници, които не се нуждаеха от много ниски температури по това време, добре познатите свръхпроводници - живак и олово придобиха свръхпроводящи свойства при температури до -270 ° C. Понастоящем керамичните проводници придобиват свръхпроводящи свойства при температури от -191 ° C до -183 ° C. Тази температура може да се поддържа с течен азот (образува се при температура от -195,75 ° C). Това откритие драстично намали цената на свръхпроводниците.

Това откритие ще позволи създаването на мощни супермагнити, които държат във въздуха превозни средствакато влак.

За да се задвижи влак върху магнитна възглавница, струя сгъстен въздух е достатъчна, за да преодолее силата на въздушното съпротивление.

Но за използване на течен азот е необходимо хладилно оборудване. А за работата на хладилното оборудване е необходим енергиен източник. Къде мога да го взема в тундрата? Необходим е енергиен източник.

Търсене на енергийни източници.

При разглеждане на климатичните и географските особености на територията на предлагания маршрут установихме, че трасето е в зоната на полярно сияние.

Аврората е най-грандиозното явление, което човек може да наблюдава на Земята. Но сиянието е не само грандиозна и красива гледка. Това е единствената проява на ефекта на слънчевата радиация върху околоземното пространство и земната атмосфера, която може да се види с просто око.

Аврората е сиянието на земната атмосфера под въздействието на потоци от слънчеви частици, които нахлуват в атмосферата.

Около него се движат слънчеви потоци, приближаващи се до Земята, тъй като Земята е защитена от тези частици от собственото си магнитно поле. Конфигурацията на магнитното поле на Земята обаче е такава, че някои от тези частици проникват в магнитосферата, а от нея и в горните слоеве на атмосферата. Притежавайки голямо количество енергия и прониквайки в земната атмосфера, тези частици се сблъскват с атомите и молекулите на горните слоеве на атмосферата и я карат да свети.

Полярното сияние може да се сравни с Жар-птицата от народните легенди и приказки. Оказва се, че нашите учени вече са измислили как да хванат тази Firebird за опашката. И ако използваме това в този проект, тогава ще дадем живот на уникалното изобретение на руския физик Н. П. Данилкин („Институт по приложна геофизика на името на акад. Е. К. Федоров.“ полярни светлини, наречени йоносфера.

Същността на метода е следната.

Предполага се, че се използва възможността за извличане на електрическа енергия от йоносферата, където течения текат на височини над 100 км над земната повърхност. Такава електроцентрала трябва да бъде разположена на повърхността на Земята и ще черпи енергия от околоземното пространство, използвайки преобразуването на електромагнитната енергия, което е следствие от работата на сили от планетарен характер, в електрически ток за технически цели .

Оказва се, че основният "пренос" на енергия по веригата от слънчево-земни връзки се случва в резултат на слънчеви изригвания, които са придружени от магнитни бури. Въпреки това, в зоната на полярните сияния и в спокойно състояние, и още повече по време на периоди на магнитни бури, силата на магнитното поле на земната повърхност претърпява непрекъснати промени.

Следователно, ако еднопроводна верига е разположена на повърхността на Земята, тогава в такава верига през периода, когато силата на магнитното поле се променя в съответствие със законите на физиката, електродвижеща силапричинявайки електрически ток.

Общата мощност на теченията, непрекъснато протичащи в йоносферата на Земята, значително надвишава нуждите на човечеството. Ако се научите да се свързвате с тези течения технологично компетентно, тогава целият процес ще се окаже екологично чист и безопасен.

За да увеличите мощността на такава електроцентрала, успоредно на тази верига, можете да свържете необходимата сумаконтури.

Съществува и начин за намаляване на електрическото съпротивление на веригата чрез използване на феномена на свръхпроводимост.

Разбира се, преди изграждането на електроцентрали и полагането на надлез за влак с магнитна левитация, трябва да се направят много сериозни изчисления, експерименти и разработка. Въпреки това вече има факти, доказващи технологичната осъществимост и потенциал на такава електроцентрала. Например, това е добре илюстрирано от събитията, случили се в провинция Квебек (Канада) на 13-14 март 1989 г. По това време след мощна светкавицана Слънцето и преминаването на голям заряд от енергия по веригата от процеси по линията "Слънце-Земя", характеристиките на полето на електромагнитната индукция в тази зона се оказаха разположени по такъв начин, че възникват силни индукционни токове във високоволтови електропроводи. В същото време мощността на тези токове се оказва такава, че предпазителите прекъсват 40% от мощността на цялата енергийна система Hydro-Quebec, която възлиза на 9 GW. Имайте предвид, че тези мощни индукционни токове произхождат от система, която не е фокусирана върху получаването им!

Друго известно събитие се състоя на 1-2 септември 1859 г. Това беше най-мощната геомагнитна буря в историята. Комплексът от събития, който включва както геомагнитна буря, така и мощните активни явления на Слънцето, които са я причинили, понякога се нарича „Събитието на Карингтън“

От 28 август до 2 септември на Слънцето бяха наблюдавани множество слънчеви петна и изригвания. Малко след обяд на 1 септември британският астроном Ричард Карингтън наблюдава най-голямото изригване, което предизвика масивна слънчева радиация. Той се втурна към Земята и я достигна за 18 часа, което е много бързо, тъй като това разстояние обикновено се изминава от изтласкване за 3-4 дни. Взривът се движеше толкова бързо, защото предишният избухване беше разчистил пътя за него. Започна най-голямата геомагнитна буря в историята на регистрацията, която причини повреда на телеграфните системи в цяла Европа и Северна Америка. Северното сияние се наблюдава по целия свят, дори над Карибите;

В резултат на това на 1 и 2 септември 1859 г. цялата телеграфна система в Северна Америка и в цяла Европа се повреди: преносни линии искри, телеграфната хартия спонтанно се запали и някои устройства, като телеграфа, спокойно продължиха работата си, като вече изключен от източника на захранване.

От изчисленията на руския физик Н.П.Данилкин (Институт по приложна геофизика акад. Е.К.Федоров) могат да се направят два извода:

- предложеният метод е в състояние да извлича електроенергия, достатъчна за промишлени цели, от йоносферата;

- йоносферата и магнитосферата имат енергиен резерв достатъчен за посочените цели.

Основните недостатъци този методполучаване на енергия на ниво модерна технологияса много впечатляващите размери на работната верига и очевидната висока цена на нейното създаване. Предимствата на метода обаче могат да надхвърлят тези недостатъци, особено ако се открият нови материали, удобни за решаване на този проблем.

Предимствата на тази електроцентрала включват:

- такава станция, веднъж построена, няма да се износва и теоретично ще функционира, докато Слънцето грее и веригата от връзки "Слънце - Земя" работи;

- технологичният процес на извличане на енергия от йоносферата се оказва екологичен и безопасен и дори теоретичната възможност за причиняване на катастрофа не съществува.

Изход.

Експериментално потвърждение на разработения проект в лабораторни условия .

За да се получи експериментално потвърждение на идеята за получаване на електричество от йоносферата, достатъчно е да се направи експеримента, демонстриран в училищен курсфизика.

След като направихме този експеримент, ние изследвахме какво представлява феноменът на електромагнитната индукция. За експеримента ни трябваха галванометър, постоянен магнит и намотка с навита около него тел. Краищата на проводника бяха свързани към намотка. Когато натиснахме постоянния магнит в намотката, галванометърът се отклони. Това означава, че във веригата е възникнал електрически ток.

Тъй като нямаме източник на ток във веригата, логично е да предположим, че токът възниква поради появата на магнитно поле вътре в намотката. Когато издърпаме магнита обратно от намотката, ще видим, че показанията на галванометъра отново ще се променят, но в същото време стрелката му ще се отклони в обратна посока. Отново получихме течение, но вече насочено в другата посока.

Ориз. .1 Явлението на електромагнитната индукция

След това направихме подобен експеримент със същите елементи, само че в този случай магнитът беше фиксиран неподвижно. Сега извадихме и поставихме върху магнита самата намотка, свързана с галванометъра. В резултат на това получихме подобни събития. Отклонявайки се, иглата на галванометъра ни показа появата на ток във веригата. В същото време, когато магнитът беше неподвижен, във веригата нямаше ток - стрелката стоеше на нула.

Ориз. 2. Провеждане на проектен експеримент в лабораторни условия

Намотката може да бъде заменена с проводящ контур и могат да се провеждат експерименти върху движението и въртенето на самия контур в постоянно магнитно поле или магнит вътре в неподвижна верига. Резултатите ще бъдат същите - появата на ток във веригата, когато магнитът или веригата се движат.

Така извършеният експеримент ни позволява да заключим:

При всяка промяна в магнитния поток, проникващ през контура на затворен проводник, възниква електрически ток в този проводник. В този случай електрическият ток съществува в по време на целия процес на промяна на магнитния поток.

Същият принцип се използва при метода за получаване на електричество от йоносферата. Нашата планета Земя е огромен магнит с постоянно магнитно поле. Поради въздействието върху нашата планета на слънчевата радиация, магнитното поле на Земята претърпява постоянни промени. Особено големи стойности на вариациите на магнитното поле се наблюдават в авроралната зона. Там често могат да се наблюдават магнитни бури и суббури.

Описание на техническото решение.

След извършване на планираните проучвания беше изготвено следното решение:

Транспортът, свързващ двата региона в Далечния север, трябва да бъде удобен влак с магнитна левитация, използващ последно поколение свръхпроводници. Ако не е възможно практически да се приложи идеята за използване на свръхпроводници, използвайте свойството на отблъскване на подобни полюси на магнити.

Ориз. 3. Схема на проекта

1) Енергията, необходима за захранване на надлеза и влака с магнитна левитация, се получава с помощта на метода за получаване на електричество от йоносферата. Освен това по цялото трасе могат да бъдат поставени мощни вятърни генератори и да използват енергията на силните ветрове на тези места.

2) Ако платформата, от която трябва да тръгне влакът, е монтирана на височина 400 метра и след това пътят, по който влакът ще се плъзга върху магнитна левитация, е положен надолу по наклон, тогава докато достигне нивото на на Земята, влакът ще има скорост от около 310 км/ч. Приближавайки гарата на местоназначението, пътят, по който се движи влакът, бавно ще започне да се издига до 400 м. И влакът ще спре в точката на пристигане. Ако той няма достатъчно скорост в който и да е участък, с помощта на струя сгъстен въздух, влакът ще получи необходимата скорост.

Ориз. 4. Схема на платформата за заминаване и пристигане

План за изпълнение на предложения проект.

За да реализирате проекта, трябва:

1) Извършване на изследователска работа по развитието на транспорта върху магнитна възглавница с помощта на електрическа енергия, получена от горните слоеве на атмосферата в зоната на полярното сияние, наречена йоносфера (продължителността на работата според експертите е 2-3 години);

2) Извършване на развойна работа за създаване на транспорт върху магнитна възглавница с помощта на електрическа енергия, получена от горните слоеве на атмосферата в зоната на полярното сияние, наречена йоносфера. Резултатът от работата: прототип на пътен участък с влак върху магнитна възглавница, използващ електричество, получено от горните слоеве на атмосферата в зоната на полярното сияние, наречена йоносфера (продължителността на работата, според експерти, е 5-7 години).

- изпълнение на проекта в участъка Анадир-Салехард. (срокът на изпълнение на работата по оценката на специалистите е 25–30 години).

Оценка на ефективността иефикасност.

Изход

На Земята има алтернативен, екологичен и възобновяем източник на планетарна електромагнитна енергия, който непрекъснато се попълва от процеси, произхождащи от Слънцето и идващи на Земята чрез верига от слънчево-земни връзки. Съвременното технологично ниво позволява използването на тази енергия.

Недостатъци на проекта

- впечатляващ размер

- високата цена на създаването му.

Предимства на проекта:

- издръжливост на електроцентралата;

- неизчерпаем източник на енергия (Слънце);

- екологичност;

- рентабилност, поради безплатна електроенергия;

- с такъв източник на електроенергия е възможно да се развие инфраструктура на цялата територия, където се движи надлезът за влака.

- перспективата за развитие на нови територии.

литература:

  1. Каку М. Физика на бъдещето. Превод от английски. Москва 2014;
  2. Данилкин Н. П. „За възможността за получаване на електрическа енергия от йоносферата“ „Електричество“. 1996, бр.4, с. 71-75;
  3. Дмитриев А. Н., Шитов А. В. Техногенно въздействие върху естествените процеси на Земята. Горно-Алтайск, 2001 г., стр. девет;
  4. Dokumentika.org [Електронен ресурс]. - Режим на достъп: http://dokumentika.org/zemli/solnechnaya-burya-1859-goda.

100 велики тайни на Земята Волков Александър Викторович

Как възниква земното магнитно поле?

Ако Земята нямаше магнитно поле, тогава тя самата и светът на живите организми, които я обитават, биха изглеждали съвсем различно. Магнитосферата, като огромен защитен щит, предпазва планетата от космическа радиация, която непрекъснато пада върху нея. Относно силата на потока от заредени частици, излъчвани не само от Слънцето, но и от други небесни тела, може да се съди по това как се деформира магнитното поле на Земята. Например, под натиска на слънчевия вятър силовите линии от страната, обърната към Слънцето, се притискат към Земята, а от противоположната страна те трептят като опашка на комета. Наблюденията показват, че магнитосферата се простира на 70-80 хиляди километра към Слънцето и много милиони километри в обратна посока от него.

Най-надеждно този екран изпълнява функциите си там, където е най-малко деформиран, където е разположен успоредно на земната повърхност или леко наклонен към нея: в екваториалната област или в умерените ширини. Но по-близо до полюсите в него се откриват недостатъци. Космическата радиация прониква до повърхността на Земята и, сблъсквайки се със заредени частици (йони) от въздушната обвивка в йоносферата, генерира цветен ефект - проблясъци на полярно сияние. Ако този екран не съществуваше, космическата радиация щеше непрекъснато да прониква до повърхността на планетата и да причинява мутации в генетичното наследство на живите организми. Лабораторните експерименти показват също, че липсата на земен магнетизъм се отразява негативно на образуването и растежа на живите тъкани.

Мистериите на магнитното поле на Земята са тясно свързани с неговия произход. Нашата планета изобщо не прилича на магнит. Неговото магнитно поле е много по-сложно. Има различни теории, обясняващи защо Земята има това поле. Всъщност, за да съществува, е необходимо да бъде изпълнено едно от двете условия: или вътре в планетата се намира огромен "магнит" - вид намагнетизирано тяло (дълго време учените вярваха в това), или там тече електрически ток.

V последните временанай-популярна е теорията за земното "динамо". Още в средата на 40-те години на миналия век той е предложен от съветския физик Я.И. Френкел. Повече от 90 процента от магнитното поле на Земята се генерира от това "динамо". Останалата част от него се създава от магнетизирани минерали, съдържащи се в земната кора.

Компютърен модел на магнитното поле на Земята

Как възниква земното магнитно поле? На разстояние от около 2900 километра от повърхността й започва земното ядро ​​– онзи регион на планетата, до който изследователите никога няма да могат да достигнат. Ядрото се състои от две части: твърдо вътрешно ядро, пресовано под налягане от 2 милиона атмосфери и съдържащо предимно желязо, и разтопена външна част, която се държи много хаотично. Тази стопилка на желязо и никел е постоянно в движение. Магнитното поле се създава от конвективни потоци във външното ядро. Тези течения се поддържат от подчертаната температурна разлика между твърдото вътрешно ядро ​​и мантията на Земята.

Вътрешната част на сърцевината се върти по-бързо от външната и играе ролята на ротор - въртящата се част на електрически генератор, докато външната част играе ролята на статор (неговата неподвижна част). В разтопеното вещество на външното ядро ​​се възбужда електрически ток, който от своя страна генерира мощно магнитно поле. Това е принципът на динамото. С други думи, земното ядро ​​е огромен електромагнит. Силовите линии на създаденото от него магнитно поле започват в областта на единия полюс на Земята и завършват в областта на другия полюс. Формата и интензивността на тези линии варират.

Магнитното поле на Земята, както смятат учените, се е родило още по времето, когато планетата тепърва се е формирала. Слънцето може би е изиграло решаваща роля. Тя пусна това естествено "динамо", което продължава да работи и днес.

Ядрото е заобиколено от мантия. Долните му слоеве са под голямо налягане и се нагряват до много високи температури... На границата, разделяща мантията и ядрото, протичат интензивни процеси на пренос на топлина. Преносът на топлина играе ключова роля. Топлината се стича към по-студената мантия от нажеженото ядро ​​на Земята и това се отразява на конвективните потоци в самото ядро, като ги променя.

В зоните на субдукция, например, участъци от морското дъно потъват дълбоко в Земята, почти достигайки границата, разделяща мантията и ядрото. Тези парчета литосферни плочи, "Изпратено" за топене в недрата на планетата, е забележимо по-студено от частта на мантията, където са се озовали. Те охлаждат околните области на мантията и топлината започва да тече тук от страната на земното ядро. Този процес е много дълъг. Изчисленията показват, че понякога само след като са минали стотици милиони години, температурата на охладените участъци на мантията се изравнява.

От своя страна нажежаема материя, издигаща се под формата на огромни струи от границата, разделяща мантията и ядрото, достига повърхността на планетата. Тази циркулация на материята, тези сложни процеси на изтичане нагоре и надолу, по „асансьора на Земята“ на гореща или много студена материя, несъмнено влияят върху работата на естественото „динамо“. Рано или късно той губи обичайния си ритъм и тогава магнитното поле, което създава, започва да се променя. Компютърните модели показват, че от време на време всичко може да завърши със смяна на магнитните полюси.

Това изместване на полюса не е необичайно. Това се е случвало много в историята на нашата планета. Имаше обаче моменти, когато обръщането на полюса спираше. Например в периода Креда те не са сменяли местата си почти 40 милиона години.

Опитвайки се да обяснят това явление, френски изследователи, водени от Франсоа Петрели, обърнаха внимание на положението на континентите спрямо екватора. Оказа се, че колкото повече континенти лежат в едно от земните полукълба, толкова по-често магнитното му поле променя посоката си. Ако, напротив, континентите са разположени симетрично спрямо екватора, тогава в продължение на много милиони години магнитното поле остава стабилно.

И така, може би положението на континентите влияе на конвективните потоци във външната част на ядрото? В този случай това влияние се осъществява чрез зоните на субдукция. Когато почти всички континенти са в едно от полукълба, ще има повече зони на субдукция. Цялата масивна студена кора ще потъне до границата, разделяща мантията и ядрото, и ще се натрупа там. Получените запушвания несъмнено ще нарушат топлообмена между мантията и ядрото. Компютърният модел показва, че конвективните потоци във външното ядро ​​също са изместени поради това. Сега те вече са асиметрични спрямо екватора. Очевидно при такава подредба земното "динамо" е по-лесно да се разбалансира. Тя е като човек, стоящ на един крак и готов да загуби равновесие от лек тласък. Така магнитното поле внезапно се "преобръща".

Така че е много вероятно промяната на магнитните полюси да е повлияна от тектонските процеси, протичащи на нашата планета, и преди всичко от движението на континентите. По-нататъшни палеомагнитни изследвания могат да изяснят това. Във всеки случай учените откриват все повече и повече факти, които показват, че има известна връзка между движението на литосферните плочи по земната повърхност и „динамото“, което създава магнитното поле на Земята и се намира в самия център на планетата...

От книгата Голям Съветска енциклопедия(BP) на автора TSB

От книгата Голяма съветска енциклопедия (ГС) на автора TSB

От книгата Голяма съветска енциклопедия (КР) на автора TSB

От книгата Голяма съветска енциклопедия (МА) на автора TSB

От книгата Голяма съветска енциклопедия (МЕ) на автора TSB

От книгата Голяма съветска енциклопедия (EL) на автора TSB

От книгата Най-новата книга с факти. Том 3 [Физика, химия и технология. История и археология. Разни] автора Кондрашов Анатолий Павлович

От книгата Всичко за всичко. том 3 автор Ликум Аркадий

При какви условия възниква мираж? Миражът е оптично явление в атмосферата, което се състои в това, че заедно с отдалечен обект (или парче от небето) се вижда неговото въображаемо изображение, изместено спрямо обекта. Ако обектът е под хоризонта, се вижда само въображаемото

От книгата Как да напиша история автор Уотс Найджъл

Какво причинява паротит? Заушката е инфекциозно заболяване, при което слюнчените жлези набъбват. В този случай основно се засягат паротидните слюнчени жлези. Причината за паротита е вирус, който навлиза в тези жлези. И тази болест се разпространява почти

От книгата Запек: Малки трагедии и големи проблеми автора Буторова Людмила Ивановна

Как възниква сцената Във всяка сцена се опитайте да намерите драма и нещо, което привлича вниманието. Ако тези елементи не са там, потърсете ги. В някои случаи сцените са необходими само за да може читателят да получи необходимата информация. Проверете дали подобна сцена е успешна

От книгата Най-доброто за здраве от Браг до Болотов. Страхотен справочниксъвременен уелнес авторът Моховой Андрей

От книгата 100 велики мистерии на астрономията автора Волков Александър Викторович

От книгата Светът около нас автора Ситников Виталий Павлович

Мистериозна геология на Луната: магнитно поле, вулканични изригвания, сеизмична активност Една след друга автоматични станции се втурват към Луната. Всеки път те идват на планета, която изглежда не познаваме. Посетихме го, но не разбрахме всичките му тайни. Как

От книгата Кой е кой в ​​природния свят автора Ситников Виталий Павлович

Защо възниква гръмотевична буря? Сателитен изглед на гръмотевична буря Гръмотевичната буря е не само дъжд, гръмотевици и светкавици. Нищо чудно, че хората казват за гръмотевична буря, че тя „навлиза“. Идва гръмотевична буря със силен, поривист вятър, вихрушки се вихрят, вятърът разкъсва клони на дървета, сякаш иска да ги изкорени

От книгата Прости въпроси. Книга, която прилича на енциклопедия автора Антонец Владимир Александрович

Как възниква луминесценцията? Някои вещества са способни да светят под въздействието на всеки източник на енергия. Ако такъв източник е електрически разряд, тогава това е електролуминесценция. Флуоресцентните тръби се използват за осветяване на къщи и за светлина

От книгата на автора

Как възниква смехът? Вероятно няма хора, които да не обичат да се смеят. Има обаче много не много надеждни доказателства за ползите за здравето от смеха. Но откъде идва? Науката сериозно се занимава с този въпрос. Има дори международно обществода уча

V последните дниголямо количество новини за магнитното поле на Земята се появиха на научно-информационните сайтове. Например новините, че напоследък се е променило значително или че магнитното поле допринася за изтичането на кислород от земната атмосфера и дори че кравите се насочват по линиите на магнитното поле в пасищата. Какво е магнитно поле и колко важни са всички горепосочени новини?

Магнитното поле на Земята е областта около нашата планета, където действат магнитните сили. Въпросът за произхода на магнитното поле все още не е окончателно разрешен. Повечето изследователи обаче са съгласни, че наличието на магнитно поле поне отчасти се дължи на земното ядро. Ядрото на земята е съставено от твърда вътрешна и течна външна част. Въртенето на Земята създава постоянни токове в течното ядро. Както читателят може да си спомни от уроците по физика, движението на електрическите заряди създава магнитно поле около тях.

Една от най-разпространените теории, обясняващи природата на полето - теорията на динамо ефекта - предполага, че конвективните или турбулентни движения на проводящ флуид в сърцевината допринасят за самовъзбуждането и поддържането на полето в стабилно състояние.

Земята може да се разглежда като магнитен дипол. Неговите Южен полюссе намира на географския Северен полюс, а Северният, съответно, на Южния. Всъщност географският и магнитният полюс на Земята не съвпадат не само в "посока". Оста на магнитното поле е наклонена спрямо оста на въртене на Земята с 11,6 градуса. Поради факта, че разликата не е много значителна, можем да използваме компас. Стрелката му сочи точно към южния магнитен полюс на Земята и почти точно към северния географски. Ако компасът е бил изобретен преди 720 хиляди години, тогава той ще показва както географски, така и магнитен Северен полюс... Но повече за това по-долу.

Магнитното поле предпазва жителите на Земята и изкуствените спътници от разрушителното въздействие на космическите частици. Такива частици включват, например, йонизирани (заредени) частици на слънчевия вятър. Магнитното поле променя траекторията им, насочвайки частиците по линиите на полето. Необходимостта от магнитно поле за съществуването на живот стеснява кръга от потенциално обитаеми планети (ако изхождаме от предположението, че хипотетично възможните форми на живот са подобни на земните обитатели).

Учените не изключват, че някои от планетите наземеннямат метална сърцевина и съответно са лишени от магнитно поле. Досега се смяташе, че планетите, направени от твърда скала, като Земята, съдържат три основни слоя: твърда кора, вискозна мантия и твърдо или разтопено желязно ядро. В скорошна работа учени от Масачузетс Технологичен институтпредполагаше образуването на "скалисти" планети без ядро. Ако теоретичните изчисления на изследователите се потвърдят от наблюдения, тогава за да се изчисли вероятността за среща на хуманоиди във Вселената или поне нещо, наподобяващо илюстрации от учебник по биология, ще трябва да се пренапише.

Земляните също могат да загубят своята магнитна екранировка. Вярно е, че геофизиците все още не могат да кажат точно кога ще се случи това. Факт е, че магнитните полюси на Земята не са постоянни. Периодично сменят местата си. Не толкова отдавна изследователите установиха, че Земята "помни" за смяната на полюсите. Анализът на тези „спомени“ показа, че през последните 160 милиона години магнитният север и юг са сменяли местата си около 100 пъти. Последният път, когато това събитие се е случило преди около 720 хиляди години.

Смяната на полюсите е придружена от промяна в конфигурацията на магнитното поле. През „преходния период” значително повече космически частици, които са опасни за живите организми, проникват в Земята. Една от хипотезите, обясняващи изчезването на динозаврите, твърди, че гигантските влечуги са изчезнали точно при следващата смяна на полюса.

Освен „следите“ от планирани мерки за смяна на полюсите, изследователите забелязали опасни промени в магнитното поле на Земята. Анализът на данните за състоянието му в продължение на няколко години показа, че през последните месеци започва да се появява. Учените не са регистрирали толкова резки "движения" на полето от много дълго време. Областта на загриженост за изследователите е в южната част Атлантически океан... "Дебелината" на магнитното поле в тази област не надвишава една трета от "нормалната". Изследователите отдавна са забелязали тази „дупка“ в магнитното поле на Земята. Данните, събрани за 150 години, показват, че през този период полето е отслабнало с десет процента.

На този моменттрудно е да се каже как това заплашва човечеството. Едно от последствията от отслабването на силата на полето може да бъде увеличаване (макар и незначително) на съдържанието на кислород в земната атмосфера. Връзката между магнитното поле на Земята и този газ е установена с помощта на сателитната система Cluster, проект на Европейската космическа агенция. Учените са открили, че магнитното поле ускорява кислородните йони и ги „изхвърля“ в космоса.

Въпреки факта, че магнитното поле не се вижда, жителите на Земята го усещат добре. Мигриращите птици, например, намират своя път, фокусирайки се върху него. Има няколко хипотези, които обясняват как точно възприемат полето. Едно от последните предполага, че птиците възприемат магнитно поле. Специални протеини - криптохроми - в очите на мигриращите птици са в състояние да променят позицията си под въздействието на магнитно поле. Авторите на теорията смятат, че криптохромите могат да действат като компас.

Освен птиците, морските костенурки използват магнитното поле на Земята вместо GPS. И както показа анализът на сателитни снимки, представени в рамките на проекта Google Earth, крави. След като разгледаха снимки на 8510 крави в 308 региона на света, учените стигнаха до заключението, че тези животни са за предпочитане (или от юг на север). Освен това "референтните точки" за кравите не са географски, а магнитните полюси на Земята. Механизмът на възприемане на магнитното поле от кравите и причините за тази реакция към него остават неясни.

В допълнение към изброените забележителни свойства, магнитното поле допринася. Те възникват в резултат на резки промени в полето, настъпващи в отдалечени райони на полето.

Магнитното поле не беше пренебрегнато от привържениците на една от „теориите на конспирацията“ – теорията за лунната измама. Както споменахме по-горе, магнитното поле ни предпазва от космически частици. „Събраните” частици се натрупват в определени части на полето – така наречените радиационни пояси на Ван Алън. Скептиците, които не вярват в реалността на кацането на Луната, смятат, че по време на полета през радиационните пояси астронавтите биха получили смъртоносна доза радиация.

Магнитното поле на Земята е удивително следствие от законите на физиката, защитен щит, ориентир и създател на сиянието. Ако не беше това, животът на Земята можеше да изглежда много различно. Като цяло, ако нямаше магнитно поле, то трябваше да бъде измислено.

През миналия век различни учени изложиха няколко предположения за магнитното поле на Земята. Според една от тях полето се появява в резултат на въртенето на планетата около оста си.

Той се основава на любопитния ефект на Барнет-Айнщайн, който е, че когато всяко тяло се върти, възниква магнитно поле. Атомите в този ефект имат свой собствен магнитен момент, тъй като се въртят около оста си. Така се появява магнитното поле на Земята. Тази хипотеза обаче не издържа на експериментални тестове. Оказа се, че полученото по такъв нетривиален начин магнитно поле е няколко милиона пъти по-слабо от реалното.

Друга хипотеза се основава на появата на магнитно поле поради кръговото движение на заредени частици (електрони) по повърхността на планетата. Оказа се и несъстоятелно. Движението на електроните може да предизвика появата на много слабо поле, освен това тази хипотеза не обяснява инверсията на магнитното поле на Земята. Известно е, че северният магнитен полюс не съвпада със северния географски.

Слънчев вятър и мантийни течения

Механизмът на образуване на магнитното поле на Земята и други планети Слънчева системане е напълно проучен и засега остава загадка за учените. Въпреки това, една предложена хипотеза обяснява доста добре инверсията и големината на индукцията на реалното поле. Тя се основава на работата на вътрешните течения на Земята и слънчевия вятър.

Вътрешните течения на Земята протичат в мантията, която се състои от вещества с много добра проводимост. Източникът на тока е ядрото. Енергията се пренася от ядрото към повърхността на земята чрез конвекция. Така в мантията се наблюдава постоянно движение на материята, която образува магнитно поле по добре познатия закон за движението на заредените частици. Ако свържем появата му само с вътрешни течения, се оказва, че всички планети, чиято посока на въртене съвпада с посоката на въртене на Земята, трябва да имат идентично магнитно поле. Въпреки това не е така. Географският северен полюс на Юпитер съвпада със северния магнитен полюс.

Във формирането на магнитното поле на Земята участват не само вътрешни токове. Отдавна е известно, че реагира на слънчевия вятър, поток от високоенергийни частици, излъчвани от Слънцето в резултат на реакции, протичащи на повърхността му.

Слънчевият вятър по своята същност е електрически ток (движение на заредени частици). Отнесен от въртенето на Земята, той създава кръгов ток, който води до появата на магнитното поле на Земята.

Съдържанието на статията

МАГНИТНО ПОЛЕ НА ЗЕМЯТА.Повечето планети в Слънчевата система имат магнитни полета в една или друга степен. Низходящ дипол магнитен моментна първо място Юпитер и Сатурн, следвани от Земята, Меркурий и Марс, а по отношение на магнитния момент на Земята стойността на техните моменти е 20 000, 500, 1, 3/5000 3/10000. Магнитният диполен момент на Земята през 1970 г. е 7,98 · 10 25 G / cm 3 (или 8,3 · 10 22 A.m 2), намалявайки за едно десетилетие с 0,04 · 10 25 G / cm 3. Средната напрегнатост на полето на повърхността е около 0,5 Oe (5 · 10 –5 T). Формата на основното магнитно поле на Земята на разстояния по-малко от три радиуса е близка до полето на еквивалентен магнитен дипол. Центърът му е изместен спрямо центъра на Земята в посока 18 ° N. и 147,8 ° E. д. Оста на този дипол е наклонена към оста на въртене на Земята с 11,5 °. Геомагнитните полюси са под същия ъгъл спрямо съответните географски полюси. В този случай геомагнитният южен полюс се намира в северното полукълбо. В момента се намира близо до Северния географски полюс на Земята в Северна Гренландия. Координатите му са j = 78,6 + 0,04 ° T N, l = 70,1 + 0,07 ° T W, където T е броят на десетилетията от 1970 г. магнитен полюс j = 75 ° S, l = 120,4 ° E (в Антарктида). Реалните линии на магнитното поле на земното магнитно поле са средно близки до силовите линии на този дипол, като се различават от тях по локални неравности, свързани с наличието на намагнетизирани скали в кората. В резултат на светски вариации геомагнитният полюс прецесира спрямо географския полюс с период от около 1200 години. На дълги разстояния магнитното поле на Земята е асиметрично. Под действието на плазмения поток (слънчев вятър), излъчващ се от Слънцето, магнитното поле на Земята се изкривява и придобива "шлейф" в посока от Слънцето, който се простира на стотици хиляди километри, излизайки извън орбитата на луна.

Специален клон на геофизиката, който изучава произхода и природата на магнитното поле на Земята, се нарича геомагнетизъм. Геомагнетизмът разглежда проблемите на произхода и еволюцията на основния, постоянен компонент геомагнитно поле, естеството на променливия компонент (около 1% от основното поле), както и структурата на магнитосферата - най-горните магнетизирани плазмени слоеве на земната атмосфера, взаимодействащи със слънчевия вятър и защита на Земята от проникваща космическа радиация. Важна задача е да се изследват моделите на вариации в геомагнитното поле, тъй като те са причинени от външни влияния, свързани предимно със слънчевата активност. .

Произходът на магнитното поле.

Наблюдаваните свойства на земното магнитно поле са в съответствие с концепцията за неговия произход поради механизма на хидромагнитното динамо. При този процес първоначалното магнитно поле се засилва в резултат на движения (обикновено конвективни или турбулентни) на електропроводима материя в течното ядро ​​на планета или в плазмата на звезда. При температура на веществото от няколко хиляди К, неговата проводимост е достатъчно висока, така че конвективните движения, възникващи дори в слабо магнетизирана среда, могат да възбудят променящи се електрически токове, способни, в съответствие със законите на електромагнитната индукция, да създават нови магнитни полета. Затихването на тези полета или създава Термална енергия(според закона на Джаул), или води до появата на нови магнитни полета. В зависимост от естеството на движенията, тези полета могат или да отслабят, или да засилят първоначалните полета. За укрепване на полето е достатъчна известна асиметрия на движенията. Поради това, необходимо условиехидромагнитното динамо е самото наличие на движения в проводяща среда и достатъчно е наличието на определена асиметрия (спиралност) на вътрешните потоци на средата. Когато тези условия са изпълнени, процесът на усилване продължава, докато загубите на джаулова топлина, нарастващи с увеличаване на силата на тока, балансират притока на енергия поради хидродинамични движения.

Динамо ефект - самовъзбуждане и поддържане в стационарно състояние на магнитни полета поради движението на проводяща течност или газова плазма. Механизмът му е подобен на генерирането на електрически ток и магнитно поле в самовъзбуждащо се динамо. Динамо ефектът е свързан с произхода на собствените магнитни полета на Слънцето на Земята и планетите, както и техните локални полета, например полета на петна и активни области.

Компоненти на геомагнитното поле.

Собственото магнитно поле на Земята (геомагнитно поле) може да бъде разделено на следните три основни части.

1. Основното магнитно поле на Земята, което изпитва бавни промени във времето (секуларни вариации) с периоди от 10 до 10 000 години, концентрирано в интервалите от 10–20, 60–100, 600–1200 и 8000 години. Последното е свързано с 1,5-2-кратно изменение на магнитния диполен момент.

2. Световни аномалии - отклонения от еквивалентния дипол до 20% от интензитета на отделни региони с характерни размери до 10 000 км. Тези аномални полета изпитват светски вариации, водещи до промени във времето в продължение на много години и векове. Примери за аномалии: бразилски, канадски, сибирски, курсски. В хода на светските вариации световните аномалии се изместват, разпадат и се появяват отново. На ниските географски ширини има западен дрейф на дължина със скорост от 0,2 ° годишно.

3. Магнитни полета на локални зони на външни черупки с дължина от няколко до стотици километри. Те се дължат на намагнитването на скалите в горен слойСъставяне на земя земна кораи се намира близо до повърхността. Една от най-мощните е магнитната аномалия Курск.

4. Променливото магнитно поле на Земята (наричано още външно) се определя от източници под формата на токови системи, които са извън земната повърхности в неговата атмосфера. Основните източници на такива полета и техните промени са корпускулните потоци намагнетизирана плазма, идващи от Слънцето заедно със слънчевия вятър и формиращи структурата и формата на земната магнитосфера.

Структурата на магнитното поле на земната атмосфера.

Магнитното поле на Земята се влияе от поток намагнетизирана слънчева плазма. В резултат на взаимодействието със земното поле се образува външната граница на околоземното магнитно поле, наречена магнитопауза. Той ограничава земната магнитосфера. Поради действието на слънчеви корпускулярни потоци, размерът и формата на магнитосферата непрекъснато се променят и възниква променливо магнитно поле, определяно от външни източници. Променливостта му дължи произхода си на настоящите системи, развиващи се на различни височини от долните слоеве на йоносферата до магнитопаузата. Промени в магнитното поле на Земята във времето, причинени от различни причини, се наричат ​​геомагнитни вариации, които се различават както по времетраене, така и по локализация на Земята и в нейната атмосфера.

Магнитосферата е област от околоземното пространство, контролирана от магнитното поле на Земята. Магнитосферата се образува в резултат на взаимодействието на слънчевия вятър с плазмата на горните слоеве на атмосферата и магнитното поле на Земята. Магнитосферата е оформена като кухина и дълга опашка, които следват формата на линиите на магнитното поле. Слънчогледовата точка се намира средно на разстояние от 10 земни радиуса, а опашката на магнитосферата се простира отвъд орбитата на Луната. Топологията на магнитосферата се определя от областите на инвазия на слънчевата плазма в магнитосферата и от естеството на текущите системи.

Образува се опашката на магнитосферата силови линии на магнитното поле на Земята, излизащи от полярните области и удължаващи се под действието на слънчевия вятър за стотици земни радиуси от Слънцето до нощната страна на Земята. В резултат на това плазмата на слънчевия вятър и слънчевите корпускуларни потоци изглежда текат около земната магнитосфера, придавайки й особена форма на опашка. В опашката на магнитосферата, на големи разстояния от Земята, силата на земното магнитно поле, а оттам и защитните им свойства са отслабени и някои частици от слънчевата плазма са в състояние да проникнат и да попаднат във вътрешността на Земята. магнитосфера и магнитни уловители на радиационните пояси. Проникване в главната част на магнитосферата в областта на авроралните овали под въздействието на променящото се налягане на слънчевия вятър и междупланетното поле, опашката служи като място за образуване на потоци от утаяващи се частици, които причиняват сияние и аврорални течения. Магнитосферата е отделена от междупланетното пространство с магнитопауза. По протежение на магнитопаузата около магнитосферата текат частици от корпускуларни потоци. Влиянието на слънчевия вятър върху земното магнитно поле понякога е много силно. Магнитопауза – външната граница на магнитосферата на Земята (или планетата), при която динамичното налягане на слънчевия вятър се балансира от налягането на собственото му магнитно поле. При типични параметри на слънчевия вятър точката на слънчогледа е на 9–11 земни радиуса от центъра на Земята. През периода на магнитни смущения на Земята магнитопаузата може да излезе извън геостационарната орбита (6,6 земни радиуса). При слаб слънчев вятър слънчогледовата точка се намира на разстояние 15–20 земни радиуса.

Слънчев вятър -

изтичане на плазма на слънчевата корона в междупланетното пространство. На нивото на земната орбита средната скорост на частиците на слънчевия вятър (протони и електрони) е около 400 km / s, броят на частиците е няколко десетки в 1 cm 3.

Магнитна буря.

Локалните характеристики на магнитното поле се променят и понякога се колебаят в продължение на много часове, след което се възстановяват до предишното ниво. Това явление се нарича магнитна буря... Магнитните бури често започват внезапно и едновременно по целия свят.


Геомагнитни вариации.

Промените в магнитното поле на Земята във времето под влияние на различни фактори се наричат ​​геомагнитни вариации. Разликата между наблюдаваната величина на силата на магнитното поле и средната му стойност за дълъг период от време, например месец или година, се нарича геомагнитна вариация. Според наблюденията геомагнитните вариации непрекъснато се променят във времето и такива промени често имат периодичен характер.

Дневни вариации... Ежедневните вариации на геомагнитното поле възникват редовно, главно поради течения в йоносферата на Земята, причинени от промени в осветеността на йоносферата на Земята от Слънцето през деня.

Неправилни вариации... Възникват неравномерни вариации в магнитното поле поради влиянието на потока от слънчева плазма (слънчева вятър) върху магнитосферата на Земята, както и промените вътре в магнитосферата и взаимодействието на магнитосферата с йоносферата.

27-дневни вариации... 27-дневните вариации съществуват като тенденция да се повтаря увеличаването на геомагнитната активност на всеки 27 дни, съответстващи на периода на въртене на Слънцето спрямо земния наблюдател. Този модел се свързва със съществуването на дълготрайни активни области на Слънцето, наблюдавани по време на няколко слънчеви оборота. Този модел се проявява под формата на 27-дневно повторение на магнитна активност и магнитни бури.

Сезонни вариации... Сезонните вариации в магнитната активност се откриват надеждно на базата на средномесечни данни за магнитната активност, получени чрез обработка на наблюдения за няколко години. Амплитудата им се увеличава с увеличаване на общата магнитна активност. Установено е, че сезонните вариации в магнитната активност имат два максимума, съответстващи на периодите на равноденствие и два минимума, съответстващи на периодите на слънцестоене. Причината за тези вариации е образуването на активни области на Слънцето, които са групирани в зони от 10 до 30° северни и южни хелиографски ширини. Следователно, през периодите на равноденствие, когато равнините на земния и слънчевия екватори съвпадат, Земята е най-податлива на действието на активни области върху Слънцето.

11-годишни вариации... Връзката между слънчевата и магнитната активност се проявява най-ясно, когато се сравняват дълги серии от наблюдения, кратни на 11-годишни периоди слънчева активност... Най-известната мярка за слънчевата активност е броят на слънчевите петна. Открих това след години максимален бройот слънчевите петна, магнитната активност също достига най-висока стойност, но нарастването на магнитната активност е малко забавено спрямо нарастването на слънчевата активност, така че средно това забавяне е една година.

Вариации на века- бавни вариации на елементите на земния магнетизъм с периоди от няколко години или повече. За разлика от дневните, сезонните и други вариации с външен произход, светските вариации са свързани с източници, които се намират в земното ядро. Амплитудата на светските вариации достига десетки nT / година, промените в средните годишни стойности на такива елементи се наричат ​​​​секуларни вариации. Изолиниите на секуларните вариации са концентрирани около няколко точки - центровете или фокусите на светската вариация, в тези центрове величината на светската вариация достига максималните си стойности.

Радиационни пояси и космически лъчи.

Радиационните пояси на Земята са две области от най-близкото околоземно пространство, които обграждат Земята под формата на затворени магнитни капани.

Те съдържат огромни потоци от протони и електрони, уловени от диполното магнитно поле на Земята. Магнитното поле на Земята има силен ефект върху електрически заредени частици, движещи се в близост до Земята космическо пространство... Има два основни източника на тези частици: космически лъчи, т.е. енергийни (от 1 до 12 GeV) електрони, протони и ядра на тежки елементи, пристигащи с почти светлинни скорости, главно от други части на Галактиката. И корпускулярни потоци от по-малко енергични заредени частици (10 5 –10 6 eV), изхвърлени от Слънцето. В магнитно поле електрическите частици се движат по спирала; траекторията на частицата се навива сякаш върху цилиндър, по оста на който минава силова линия. Радиусът на този въображаем цилиндър зависи от силата на полето и енергията на частиците. Колкото по-голяма е енергията на частицата, толкова по-голям е радиусът (наречен Лармор) за дадена сила на полето. Ако радиусът на Лармор е много по-малък от радиуса на Земята, частицата не достига повърхността й, а се улавя от магнитното поле на Земята. Ако ларморовият радиус е много по-голям от радиуса на Земята, частицата се движи така, сякаш няма магнитно поле, частиците проникват през магнитното поле на Земята в екваториалните области, ако енергията им е повече от 10 9 eV. Такива частици нахлуват в атмосферата и предизвикват при сблъсък с нейните атоми ядрени трансформации, които дават определено количество вторични космически лъчи. Тези вторични космически лъчи вече се записват на земната повърхност. За изследване на космическите лъчи в оригиналната им форма (първични космически лъчи), оборудването се повдига на ракети и изкуствени спътнициЗемята. Приблизително 99% от енергийните частици, "пробиващи" магнитния екран на Земята, са космически лъчи с галактически произход, а само около 1% се образува на Слънцето. Магнитното поле на Земята съдържа огромен брой енергийни частици, както електрони, така и протони. Тяхната енергия и концентрация зависят от разстоянието до Земята и геомагнитната ширина. Частиците запълват сякаш огромни пръстени или пояси, които обхващат Земята около геомагнитния екватор.


Едуард Кононович